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布里斯班

宁德时代正式发布钠离子电池!“钠锂混搭”成最大亮点

1个月前 来源: 华尔街见闻 原文链接 评论0条

今年毫无疑问是新能源汽车产业链整体爆发的一年,也或是未来新能源汽车发展黄金十年的首发年,不仅终端新能源汽车销量大爆发,中游以宁德时代为首的电池厂商更是翻倍扩张产能。在这个锂电池略微过热的局势下,7月29日动力电池龙头宁德时代携钠离子电池亮相,究竟是来“降温”还是继续加大火力?

在7月29日宁德时代的钠离子电池发布会上,不仅展示了全球最高水平160Wh/kg能量密度的第一代钠离子电池,更是创造性的将钠离子电池和锂离子电池混搭使用,最超预期的是钠离子电池最快会在2023年商业化。

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钠、锂电池混合互补,成为发布会闪光点

市场此前预期钠离子电池本身的性能就决定了它难以在高能量密度要求的行业有所作为,只能用于低能力密度的领域如二轮车、储能、数据中心等领域,但是宁德时代却创新性的表示可以实现钠离子电池与锂离子电池的集成混合共用,优势互补。

其实新能源产业已进入到多层次、多类型发展阶段,愈发细分的市场对电池提出了差异化和多元化的需求,而锂电池单一的产业链在未来将难以满足,同时单一产业链也会催发像资源端疯狂涨价的问题,使得我国从以前石油转为现在锂资源限制。钠离子电池通过其独特优势,将与锂离子电池实现共存互补,可以适配更多应用场景,未来整体市场需求增长会更加强劲。

在宁德时代开发的开发了AB电池解决方案中,钠离子电池与锂离子电池能够同时集成到同一个电池系统里,通过将两种电池按一定的比例和排列进行混搭,串联、并联集成,然后通过BMS的精准算法进行不同电池体系的均衡控制,这样可以实现取长补短,既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板,也发挥出了它高功率、低温性能的优势,这样的锂-钠电池系统,就能适配更多应用场景。

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正如宁德时代董事长曾毓群所说,多元化的技术路线是新能源产业长期稳定发展的重要保障,钠离子电池在低温性能、快充以及环境的适应性等方面拥有独特的优势,在与锂离子电池相互兼容互补后,之前备受诟病的冬天搭载锂离子电池的新能源汽车续航就大缩水,充电太慢以及热稳定性不够容易自燃等问题或将得到解决,双电池混搭也或将成为未来新能源汽车的主流方向。

除此之外,宁德时代的第一代钠离子电池本身的性能就已经给市场不小的惊喜,此前业内都认为钠离子电池的低能量密度等性能问题或将是重要缺陷,但是目前来看远远超出市场预期:

1)宁德时代的第一代钠离子电池的电芯单体能量密度已经达到了160Wh/kg,不弱于一般磷酸铁锂电池,这也是目前全球最高水平,而下一代钠离子电池能量密度更是将突破200Wh/kg;

2)宁德时代的第一代钠离子电池常温下充电15分钟电量就可以达到80%,具备了快充能力;

3)宁德时代的第一代钠离子电池在零下20°C低温的环境下,仍然有90%以上的放电保持率,而磷酸铁锂电池在低温下衰减将达到30%。

4)宁德时代的第一代钠离子电池在系统集成效率方面,可以达到80%以上;

5)宁德时代的第一代钠离子电池有着优异的热稳定性,已经超越了国家动力电池强标的安全要求。

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钠离子电池产业链

从最上游资源端来看,由于钠离子电池钠离子少用或者几乎不用稀有金属,主要使用的是碳酸钠而不是锂电池常用的碳酸锂或氢氧化锂,后两者大家都清楚价格极其昂贵,价格已经飙升到9万元/吨左右,而钠离子电池的主要原材料碳酸钠价格才2-3千元/吨,且资源极其丰富,未来也不会受到大宗商品价格的波动影响,所以资源端来看还是有不小的变化。

但是从制备工艺和设备来看,宁德时代表示其实钠离子电池和锂电池差别并不大,完全可以兼容,即使是主要的四大材料和相关辅助材料上也并不是完全颠覆,而只是有些许变化:

1)正极材料:

锂离子电池:主要是磷酸铁锂和三元两大块。

钠离子电池:体系则较多,包括过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物、普鲁士蓝化合物和熔融硫,目前各大体系都有公司在尝试。

宁德时代发布会上表示普鲁士白和层状氧化物两类材料最具有潜在商业化价值,其克容量已经达到了160mAh/g,与现有的锂离子电池正极材料相当。

2)负极材料:

锂离子电池:锂电池主要使用人造石墨,未来发展方向是硅碳负极,但由于硅的膨胀和锂首效会消耗锂离子问题没有完美解决,还未能规模化;

钠离子电池:不能使用石墨,主要有3种类型,分别是嵌入式-最好是碳材料、合金类反应和转化类。

宁德时代发布会上表示开发了能够让大量的钠离子存储和快速通行,具有独特孔隙结构的硬碳材料,这种硬碳材料克容量可达350mAh/g以上,还具备优异的循环性能,整体性能指标与现有的石墨是相当。

3)电解液:

锂离子电池:溶剂使用的是碳酸酯,锂盐主要是六氟磷酸锂,添加剂包括成膜添加剂、阻燃添加剂等。

钠离子电池:溶剂也使用的是碳酸酯,锂盐则转为是六氟磷酸钠。

宁德时代发布会上表示开发了适配这样的正极负极材料的新型独特电解液体系。

4)隔膜:钠离子电池使用目前锂电池的主流隔膜是没有任何问题的,可以做到无缝衔接。

5)其他材料:

锂离子电池:正极集流体用铝箔,负极则用铜箔。

钠离子电池:正负极都可以使用铝箔,由于铝箔价格远低于铜箔,成本上来看要便宜很多,同时钠电换成铝重量也会变轻。

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钠离子电池或将在储能上有不小的突破

除了和锂离子电池做集成混搭使用,此前市场预期由于钠离子电池自身低能量密度的性能,未来或只能用于低能量密度的行业,行业应用十分受限,但是宁德时代的第一代钠离子电池却展现了其超预期的高能量密度以及未来更新换代的发展空间(160Wh/kg,下一代预期200Wh/kg),显然未来应用不会仅局限于在电动二轮车(目前主要是铅酸电池)、低速四轮车等,还能在电动车领域占据一席之地,特别是在高寒领域,钠离子电池的优势十分明显,以销量冠军,国民神车五菱宏光MINI EV为例,其电池系统能量密度也才为100wh/kg,宁德时代的钠离子电池完全能满足其需求。

当然正如宁德时代董事长曾毓群在发布会上提到的能源转化和存储是新能源发展的核心,钠离子电池单独使用的话还能够大批量的应用在储能方面,充分享受未来5年的储能规模爆发的红利。

今年4月份我国能源局和发改委提出的新型储能指导意见里就首次包括了钠离子电池,给储能电池选取一个新的技术。此前《新型储能项目管理规范(暂行)(征求意见稿)》中也取消了电池梯次利用储能项目,使得未来储能这块由于不能使用回收的退役动力电池使得只能购买全新动力电池,虽然我国不像国外储能以三元电池为主,但即使是成本较低的磷酸铁锂电池也会加大储能的成本。

这也是4月16日北京储能电站爆炸事故的蝴蝶效应在2个月后开始显现,当然储能在发展的过程中虽然出现了一定的风险,但是我国在加强安全标准的同时并没有减弱对储能行业的重视。7月23日,国家发改委、国家能源局发布关于加快推动新型储能发展的指导意见,在明确储能的主体地位,不再是作为火电、新能源的附属功能,而是以电力系统独立身份参与中长期交易、现货和辅助服务等各类电力市场的同时,也提出了到2025 年,实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,未来五年内实现新型储能规模超过30GW的装机量。

而根据中关村储能产业技术联盟数据,截止2020年中国新型储能累计装机才3.27GW,而2021年预计累计装机规模将达到5.79GW,也就意味着未来5年国内电化学储能累计装机规模年复合增长率(CAGR)为57.4%,年均新增装机量超5.4GW。

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同时在文件中也明确提到了坚持储能技术多元化,加快钠离子电池等技术开展规模化试验示范,考虑到钠离子电池具有成本低廉、原材料来源广泛、安全性高、低温和快充性能好等优点,在明确未来将大力推进电源侧储能项目建设,未来储能大爆发的5年中,钠离子电池极有可能获得较大发展。

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国内外企业均在积极布局钠离子电池

对钠离子电池发展的重视并不是我国电池厂商心血来潮,其实国内外早已有已经有近三十家企业开始对钠离子电池进行产业化进行相关布局,国外来看主要包括英国FARADION公司、美国Natron Energy、Aquion Energy公司、法国Tiamat公司、日本岸田化学、松下、三菱化学,国内来看中科海钠、钠创新能源、星空钠电等公司都在积极研究钠离子电池,当然目前宁德时代显然继锂电池冠绝全球后,在钠离子电池上又一次走在全球的最前沿:

1)宁德时代第一代钠离子电池能量密度160Wh/kg,下一代将达到200 Wh/kg,并首度创新性的提出了钠离子电池和锂离子电池的混搭使用;

2)钠创新能源最新产品的能量密度120Wh/kg,循环超过1000次;7月7日,爱玛科技在经销商大会上,发布钠离子电池,该电池由钠创新能源负责,未来将搭载在自己的电动两轮车上;

3)中科海钠的电池也有能量密度135Wh/kg,循环甚至大于2000次;6月27日,全球首套由华阳集团联合中科海纳公司共同打造的1兆瓦钠离子储能系统在山西太原正式投运;

4)2020年9月美国的DOE(能源部)就已经明确把钠离子电池作为下一个发展方向;

5)2020年3月欧洲出台的2030电池计划,钠电也是首当其冲作为锂电的替代。

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钠离子电池2023年形成基本产业链

此前市场预期钠离子电池的商业化最少也需要3-5年,但在这次宁德时代的钠离子电池发布会上表示最快将在2023年就形成基本产业链。

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我国企业在锂电池产业链上在全球就处于领先地位,其中宁德时代在全球市占率更是接近30%占据霸主地位,说明在电池方面我国是有着领先全球的能力和技术的,此时此刻宁德时代又一次快全球一步,未来在钠离子电池的布局和发展上我国企业将再次占据有利地位。伴随着新能源电池的技术进步,这场以清洁能源替代化石能源的革命正加速到来。

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